依賴金屬微納結構（包括一維納米粒子、二維納米線陣列、三維納米團束等）的等離激元共振光學(xué)吸收、結構間電磁耦合、多物理效應的耦合疊加等物理機制，人工微納結構的金屬陶瓷複合電磁超材料具有豐富的光學(xué)特性，在光熱轉換、物理結構色、超黑吸收、亞波長(cháng)成(chéng)像、光通訊及輻射制冷等領域具有重大的應用價值。目前，人工微納結構超材料開(kāi)發(fā)及應用仍然受到大面(miàn)積制備、靈活的性能(néng)調控、異質集成(chéng)等掣肘因素的制約。因此，探究光學(xué)性能(néng)優異、人工微結構易調控及易宏量制備和集成(chéng)的超材料對(duì)光學(xué)器件（組件）應用至關重要。

　　中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所科研團隊在金屬/介質人工微納結構及光學(xué)性能(néng)方面(miàn)取得系列進(jìn)展。該團隊使用磁控濺射一步法工藝制備出金屬納米粒子/納米線/納米團束-二氧化矽複合超材料，利用上述微納結構以及膜系疊層結構激發(fā)的等離激元效應，實現可見光超寬帶完美吸收及高純度色彩顯示（Appl. Mater. Today, 26, 2022, 101266，如圖1）。此外，通過(guò)溶液刻蝕快速處理工藝，可以完美去除金屬納米線-介質複合超材料中的金屬相，成(chéng)功獲得納米空氣柱陣列-二氧化矽複合超材料，其等效折射率從1.15至1.40連續可調，有望用于減反、增透、折射率匹配等光學(xué)器件/系統應用場景（Mater. Today Phys., 2022, 26, 100722，如圖2）。

　　近期，團隊基于金屬納米線基超材料，突破現有紅外介質超材料設計及折射率值的限制，利用磁控共濺射制備銀納米線-矽（或者鍺）複合介質超材料。研究人員通過(guò)減小金屬單元間距至sub-5納米尺度及提高環境折射率（從常規有機配體的1.49提升至矽/鍺的3.4/4.0）以增大納米腔中的電容耦合，同時由于金屬單元直徑至sub-10納米尺度，抗磁響應顯著降低，這(zhè)些物理效應的人爲調控有助于突破折射率的上限。研究結果表明，該金屬納米線基超材料的紅外折射率極值可達7.2，且在2-10微米寬光譜範圍内保持低色散和低損耗特性，有望應用于多種(zhǒng)納米光子學(xué)器件中（Adv. Opt. Mater., 2023, 2301334，如圖3）。

　　上述研究得到了國(guó)家重點研發(fā)計劃（2021YFB3700604）、甯波市自然科學(xué)基金（2021J201）、浙江省科技創新領軍人才（2018R52006）等項目的支持。

圖1 基于等離激元微納結構的超寬帶吸收體及其光學(xué)效應

圖2 折射率可調的空氣納米柱陣列-二氧化矽複合膜及其光學(xué)效應

            圖3 銀納米線基紅外高折射率、低色散超材料及其光學(xué)性能(néng)

　　（納米實驗室 陳芝琳）